DE102024201487A1

DE102024201487A1 - Optische Einheit zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung, insbesondere für eine Analyseeinrichtung zum Nachweis von Krankheitserregern und Verfahren zum Herstellen einer optischen Einheit

Info

Publication number: DE102024201487A1
Application number: DE102024201487.7A
Authority: DE
Inventors: Navid Soltani
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-02-19
Filing date: 2024-02-19
Publication date: 2025-08-21
Also published as: WO2025176647A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Einheit (10) zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung, mit einer optischen Sendefaser (12), die dazu ausgebildet ist, eine über die Sendefaser (12) abgestrahlte elektromagnetische Strahlung (S) auf ein zu untersuchendes Objekt (O) auszurichten, und mit wenigstens einer optischen Empfangsfaser (14) zur Erfassung von dem Objekt (O) reflektierter elektromagnetischer Strahlung (S).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine optische Einheit zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung, die sich durch eine besonders vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung sowie die Möglichkeit einer hohen Auflösung im Rahmen der Bildverarbeitung auszeichnet. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung mit einer erfindungsgemäßen optischen Einheit, insbesondere eine Analysevorrichtung zum mikrofluidischen Nachweis von Krankheitserregern über Nukleinsäureamplifikation, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Einheit.
Stand der Technik
Eine optische Einheit zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE 601 23 884 T2 bekannt. Die bekannte optische Einheit zeichnet sich durch eine optische Sendefaser aus, die das durch sie durchgeleitete Licht über eine optische Linse in Form einer Beleuchtungslinse auf ein zu untersuchendes Objekt abstrahlt. Von dem Objekt wird abgestrahltes Licht über eine neben der optischen Sendefaser angeordneten optischen Empfangsfaser empfangen und an eine Auswerteeinheit weitergeleitet. Aufgrund der lediglich einen optischen Empfangsfaser ist die Auflösung der bekannten optischen Einheit zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung begrenzt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße optische Einheit zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie auf konstruktiv vorteilhafte Art und Weise eine erhöhte Auflösung bzw. eine verbesserte Verarbeitung des von einem Objekt mittels einer optischen Sendefaser angestrahlten und der von dem Objekt aufgrund der Anstrahlung ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung ermöglicht. Die elektromagnetische Strahlung kann bevorzugt Licht und insbesondere Fluoreszenzlicht umfassen, und wird im Weiteren verkürzt auch als Licht bezeichnet.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die von der optischen Sendefaser abgestrahlte elektromagnetische Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, in Bezug zur Strahlführungsachse der Sendefaser nicht geradlinig bzw. frontal auf das zu untersuchende Objekt abzustrahlen, sondern in einem Winkel in Bezug zur Strahlführungsachse der Sendefaser. Unter der Strahlführungsachse der Sendefaser ist dabei eine gerade Linie zu verstehen, die die Richtung angibt, entlang der sich aus der Sendefaser austretende Strahlung ohne weitere Ablenkung ausbreiten würde. Insbesondere gibt die Strahlführungsachse der Sendefaser die Richtung der geradlinigen Fortsetzung vom Ende der Sendefaser an, aus dem die Strahlung austritt. Dies ermöglicht es, im Zusammenhang mit mehreren mit der Sendefaser zusammenwirkenden Empfangsfasern mittels einer Sendefaser gleichzeitig mehrere, unter unterschiedlichen Winkeln aufgenommene elektromagnetische Strahlungen bzw. Licht des Objekts zu erfassen und auszuwerten.
Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einer optischen Einheit zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen, dass diese eine Sendefaser aufweist, die dazu ausgebildet ist, die die elektromagnetische Strahlung aus einer Strahlführungsachse um einen Winkel abzulenken, insbesondere zu streuen, und dass mehrere Empfangsfasern vorgesehen sind. Die Empfangsfasern sind insbesondere dazu ausgebildet, die von dem Objekt ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung zu erfassen. Vorzugsweise sind zumindest einige der Empfangsfasern um die Sendefaser herum und insbesondere parallel zur Sendefaser angeordnet. Unter einer erfindungsgemäßen Ausbildung der Sendefaser ist insbesondere zu verstehen, dass ein Teil der Sendefaser, insbesondere ein Teil eines Endes der Sendefaser, ausgebildet ist, die Ablenkung bzw. Streuung der elektromagnetischen Strahlung zu bewirken. Insbesondere kann der Teil der Sendefaser dazu ein optisches Element, insbesondere ein Prisma aufweisen oder als ein derartiges optisches Element ausgeformt sein.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen optischen Einheit zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Vorzugsweise je nachdem, wie viele Empfangsfasern zur Verfügung stehen bzw. mit wie vielen Empfangsfasern die von der Sendefaser abgestrahlte und von dem Objekt reflektierte elektromagnetische Strahlung des Objekts erfasst werden soll, ist es vorgesehen, dass die Sendefaser ein optisches Element für die Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung umfasst, insbesondere ein Axicon, beispielsweise ein Doppel-Axicon oder ein Polygon, insbesondere umfassend eine Pyramide, und dass die Empfangsfasern vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen um die Strahlführungsachse der Sendefasern angeordnet sind. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass bei einer polygonartigen Ausbildung des optischen Elements entsprechend der Anzahl der Strahlungsebenen bzw. Richtungen, aus denen die elektromagnetische Strahlung abgelenkt wurde, die optische Einheit eine entsprechende Anzahl von Empfangsfasern aufweist. Die Wahl der Form des optischen Elements hängt vorzugsweise von der Anzahl der verwendeten Empfangsfasern ab, die der jeweiligen Sendefaser zugeordnet sind, um die durch Anregungsstrahlung aus dieser Sendefaser veranlasste Fluoreszenzstrahlung von dem Objekt aufzunehmen. Wenn beispielsweise vier oder sechs Empfangsfasern einer Sendefaser zugeordnet und insbesondere um diese Sendefaser angeordnet sind, kann das optische Element vorzugsweise eine Pyramide mit quadratischer bzw. hexagonaler Grundfläche ausgebildet sein und somit vier bzw. sechs Seitenflächen aufweisen.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die Sendefaser an einem Ende ein Substrat, auf welchem das optische Element angeordnet ist. Insbesondere kann das optische Element teilweise oder vollständig in das Substrat aufgenommen sein. Insbesondere kann das optische Element derart in das Substrat aufgenommen sein, dass eine Grundfläche des optischen Elements bündig mit einer Außenseite des Substrats abschließt und somit die Grundfläche einen Teil der Außenseite bildet, insbesondere einer der Sendefaser abgewandten Außenseite des Substrats. Bei dem Ende der Sendefaser handelt es sich insbesondere um das Ende, aus welchem die abgestrahlte elektromagnetische Strahlung austreten soll. Das Substrat kann Kunststoff umfassen oder aus Kunststoff bestehen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kunststoff um ein Polymer. Das Substrat kann als Polymerschicht ausgebildet sein. Das Substrat hat vorzugsweise denselben Brechungsindex wie ein Kernmaterial in der Sendefaser, sodass aus der Sendefaser in das Substrat übertretendes Licht vorteilhafterweise nicht gebrochen wird.
In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags kann es vorgesehen sein, dass die Sendefaser, insbesondere das optische Element, insbesondere am Ende der Sendefaser zusätzlich eine Linse umfasst.
In besonders bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung einer derartigen optischen Einheit ist es vorgesehen, dass mehrere, vorzugsweise identisch ausgebildete Sendefasern mit identisch ausgebildeten optischen Elementen vorgesehen sind, dass die optischen Elemente der Sendefasern in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind bzw. ein regelmäßiges Muster ausbilden, und dass in den Bereichen zwischen den Sendefasern die Empfangsfasern angeordnet sind. Eine derartige Anordnung und Ausbildung der optischen Einheit ermöglicht im Zusammenhang mit entsprechend geringen Durchmessern der Sende- und Empfangsfasern eine sehr hohe Auflösung der von dem zu untersuchenden Objekt abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung bzw. des abgestrahlten Lichts. Beispielsweise ist zwischen jeweils einer ersten Sendefaser und jeweils denjenigen Sendefasern, die der ersten Sendefaser am nächsten angeordnet sind, genau eine Empfangsfaser angeordnet.
Insbesondere für den Fall, dass ein bestimmter Bereich des Objekts von elektromagnetischer Strahlung zweier Sendefasern gleichzeitig belichtet wird, ist es üblicherweise schwierig, mittels der Empfangsfasern festzustellen, von welcher Sendefaser der entsprechende Anteil des ausgesendeten Lichts des Objekts hervorgerufen wird. In einer Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es daher vorgesehen, dass mittels einer Empfangsfaser die Strahlung zweier benachbarter Sendefasern detektierbar ist, und dass eine Ansteuereinrichtung vorgesehen ist, die die beiden benachbarten Sendefasern zeitlich voneinander getrennt ansteuert. Unter einem zeitlich voneinander getrennten Ansteuern wird verstanden, dass zunächst das zu untersuchende Objekt von einer ersten Sendefaser bestrahlt bzw. angeleuchtet wird, und anschließend, nachdem die Bestrahlung durch die erste Sendefaser gestoppt wurde, das Objekt mittels der zweiten Sendefaser beleuchtet bzw. bestrahlt wird. Aufgrund dieser zeitlichen Reihenfolge der Bestrahlung können somit die von der einen Empfangsfaser erfassten Strahlungen bzw. das empfangene Licht den entsprechenden Sendefasern zugeordnet werden.
In einer weiteren bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der optischen Einheit ist es vorgesehen, dass die Sende- und Empfangsfasern, insbesondere im Austritts- und Eintrittsbereich, das heißt auf der dem Objekt zugewandten Seite, mit einem gemeinsamen Substrat, insbesondere einer gemeinsamen Polymerschicht versehen sind. Bei dem Substrat kann es sich insbesondere um das oben beschriebene Substrat handeln. Dies ermöglicht auf besonders einfache Art und Weise eine Ausrichtung der optischen Einheit zu dem zu untersuchenden Objekt bzw. sorgt dafür, dass die Sende- und Empfangsfasern stets in einer (starren) Konfiguration zueinander angeordnet sind.
Bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn die Empfangsfasern an einem Eintrittsbereich (d.h. auf der dem Objekt zugewandten Seite) jeweils ein weiteres optisches Element in Form einer optischen Linse, insbesondere eine Sammellinse, aufweisen. Die zusätzliche Linse unterscheidet sich von der optischen Linse an der Sendefaser bei Bedarf durch einen unterschiedlichen Brechungsindex bzw. ermöglicht es, die von dem Objekt ausgestrahlte Strahlung zu sammeln.
Eine weitere bevorzugte konstruktive Ausbildung sieht vor, dass ein Kernmaterial der Sende- und Empfangsfasern im Austritts- und Eintrittsbereich der Sende- und Empfangsfasern ein monolithisches Element ausbildet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass ein Kernmaterial der Sende- und Empfangsfasern im Austritts- und Eintrittsbereich der Sende- und Empfangsfasern mit einem gemeinsamen, Kunststoff umfassenden oder aus Kunststoff bestehenden Substrat, insbesondere einer Polymerschicht, versehen ist. Bei diesem Substrat kann es sich insbesondere um das oben beschriebene Substrat handeln. Das optische Element kann, wie oben ausgeführt, vorzugsweise zumindest teilweise oder vollständig in dem Substrat aufgenommen sein. Dadurch wird in besonders einfacher Art und Weise die oben beschriebene bzw. beanspruchte starre bzw. ortsfeste Anordnung der Sende- und Empfangsfasern bewirkt.
Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung, insbesondere als Analyseeinrichtung zum Nachweis von Krankheitserregern, mit einer soweit beschriebenen erfindungsgemäßen optischen Einheit, wobei sich die Vorrichtung dadurch auszeichnet, dass eine als Laserstrahleinrichtung ausgebildete Einrichtung zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist.
Besonders bevorzugt ist es darüber hinaus zur Vermeidung von Reflektionen, wenn die Laserstrahleinrichtung als gepulste Laserstrahleinrichtung ausgebildet ist.
Zuletzt umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer insbesondere auf die beschriebene Art und Weise ausgebildeten optischen Einheit. Das Verfahren sieht vor, dass zunächst ein Bündel mit mehreren Sendefasern und Empfangsfasern erzeugt wird. Anschließend werden die Sendefasern und die Empfangsfasern an einem gemeinsamen stirnseitigen Endbereich mit einer Polymerschicht beschichtet. Danach werden insbesondere polygenartige Vertiefungen an den Sendefasern erzeugt. Es folgt ein Ausfüllen der Vertiefungen mit einem Füllmaterial zur Erzeugung der optischen Elemente. Zuletzt werden vorzugsweise optische Linsen auf der Polymerschicht und dem Füllmaterial bzw. den optischen Elementen erzeugt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung mit den wesentlichen Elementen,
2 einen Teil einer optischen Einheit der Vorrichtung gemäß der 1 in einer vereinfachten Seitenansicht,
3 einen Querschnitt im Bereich der Austritts- bzw. Eintrittsbereiche von optischen Fasern der optischen Einheit der Vorrichtung gemäß 1,
4 eine perspektivische Seitenansicht der Strahlung bei Verwendung einer in Form eines Doppel-Axicons ausgebildeten Linse,
5 einen von dem Doppel-Axicon gemäß der 4 erzeugten Beleuchtungsbereich auf einem Objekt in Draufsicht,
6 einen Ausschnitt einer optischen Einheit der Vorrichtung der 1 in vergrößerter Darstellung,
7 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung wesentlicher Schritte des Herstellprozesses der optischen Einheit und
8 bis 10 jeweils vereinfachte perspektive Darstellungen verschiedener Prozessschritte bei der Fertigung der optischen Einheit.

Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der 1 sind die wesentlichen Bestandteile einer Vorrichtung 100 zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung eines zu untersuchenden Objekts O dargestellt. Die Vorrichtung 100 kann z.B. als Bestandteil eines Endoskops mit einer im Durchmesser extrem dünnen Einführleitung zur Untersuchung am menschlichen Körper dienen. Alternativ kann sie auch beispielsweise im Rahmen von medizinischen Diagnoseverfahren bzw. Untersuchungsmethoden zur Untersuchung größerer Bereiche von biologischen Proben, die beispielsweise auf einem Siliziumchip angeordnet sind, dienen, insbesondere für eine Analyseeinrichtung zum Nachweis von Krankheitserregern mit PCR oder isothermaler Nukleinsäureamplifikation.
Die Vorrichtung 100 umfasst eine optische Einheit 10, die eine Vielzahl bzw. mehrere optische Sendefasern 12 sowie optische Empfangsfasern 14 umfasst. Die optischen Sendefasern 12 dienen der Leitung bzw. Durchführung elektromagnetischer Strahlung S, die im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Laserstrahleinrichtung 20, die als gepulste Laserstrahleinrichtung 20 ausgebildet ist, erzeugt wird. Auf der dem Objekt O zugewandten Austrittsseite der optischen Sendefasern 12 weisen diese jeweils eine optische Linse 22 ( 2) auf.
Die optischen Empfangsfasern 14 dienen dazu, die von dem Objekt O ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung S zu empfangen und unter Zwischenschaltung einer lediglich angedeuteten elektronischen Schaltung 25 beispielsweise einer Kamera 27 zuzuführen. Die optischen Empfangsfasern 14 weisen an der dem Objekt O zugewandten Empfangsseite jeweils eine weitere bzw. zusätzliche optische Linse 28 (2, 6) auf, die vorzugsweise als Sammellinse ausgebildet ist. Beispielhaft weisen die optische Linse 22 und die weitere bzw. zusätzliche optische Linse 28 die gleiche Form auf.
In der 2 ist ein Teilbereich der optischen Einheit 10 im Detail dargestellt. Insbesondere erkennt man, dass die von jeweils einer Hülle 31, 32 umgebenen Kerne 34 einer Sendefaser 12 bzw. einer Empfangsfaser 14 an einem stirnseitigen Endbereich mit einer gemeinsamen, aus Kunststoff bestehenden Substrat in Form einer Polymerschicht 35 überdeckt sind. Das Material der Polymerschicht 35 weist bevorzugt den gleichen Brechungsindex auf wie das Material der Kerne 34 der Sendefasern 12 und der Empfangsfasern 14. Gemäß besonderer Ausgestaltung kann das Substrat das gleiche Material wie die Kerne der Sende- oder Empfangsfasern aufweisen oder daraus bestehen. Der Durchmesser der Kerne 34 beträgt beispielsweise 20µm. Die Kerne 34 können aus purem Silikon bestehen, oder aber mit einer Fluor-dotierten Beschichtung versehen sein, die die Hüllen 31, 32 ausbilden. Die Polymerschicht 35 bildet gleichzeitig eine Trägereinheit 36 aus, an der die Sendefasern 12 und Empfangsfasern 14 in der gewünschten Anordnung und den gewünschten Abständen zueinander angeordnet sind.
In der Polymerschicht 35 ist fluchtend zu der jeweiligen Sendefaser 12 auf der der Sendefaser 12 abgewandten Seite eine Vertiefung 37 ausgebildet. Die Vertiefung 37 ist, wie später noch näher erläutert, polygonförmig, insbesondere pyramidenförmig ausgebildet. Die Vertiefung 37 ist zumindest teilweise, im dargestellten Ausführungsbeispiel vollständig, mit einem Füllmaterial ausgefüllt, das einen anderen bzw. größeren Brechungsindex aufweist als die Polymerschicht 35, wobei das Füllmaterial ein optisches Element 33 zur Ablenkung bzw. Streuung der ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung S ausbildet. Anders formuliert ist das optische Element 33 in der Vertiefung 37 des Substrats 35, also der Polymerschicht 35, aufgenommen, so dass die Grundfläche des optischen Elements 33 bündig mit der von der Sendefaser 12 abgewandten Substratseite abschließt. Weiterhin kann der Brechungsindex des optischen Elements 33 und der optischen Linse 22 sowie der weiteren bzw. zusätzlichen optischen Linse 28 gleich sein. Die beiden Linsen 22, 28 sind auf der der Sendefaser 12 und der Empfangsfaser 14 abgewandten Stirnfläche der Polymerschicht 35 bzw. auf dem optischen Element 33 ausgebildet. Sie bestehen aus einem Fotolackmaterial. Mittels der Trägereinheit 36 kann die optische Einheit 10 zu dem Objekt O ausgerichtet werden.
Die optischen Sendefasern 12 mit den optischen Linsen 22 sowie die optischen Empfangsfasern 14 mit den weiteren optischen Linsen 28 sind jeweils für sich genommen identisch ausgebildet. Insbesondere sind die den Sendefasern 12 zugeordneten Vertiefungen 37 zur Ausbildung des optischen Elements 33 entweder in Form eines Axicons oder polygonartig ausgebildet. Vorzugsweise sind die Vertiefungen 37 polygonartig, insbesondere pyramidenförmig oder hexagonalförmig ausgebildet.
Entsprechend der Darstellung der 4 und 5 wird bei Verwendung eines Doppel-Axicons die von der optischen Sendefaser 12 ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung S ringförmig auf das Objekt O abgestrahlt Bzw. gestreut. Demgegenüber wird bei einer polygonartigen Ausbildung der Vertiefung 37 und somit auch des optischen Elements 33 die von der Sendefaser 12 ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung S entsprechend der Anzahl von Seitenflächen der Vertiefung 37 um jeweils den gleichen Winkel α aus einer Strahlführungsachse 38 entlang von Strahlungsebenen 39 abgelenkt bzw. gestreut (1).
Die seitlich neben der optischen Sendefaser 12 angeordneten optischen Empfangsfasern 14 sind mit ihren Lichteinfallsachsen derart zu dem Objekt O ausgerichtet, dass diese senkrecht oberhalb zu der Auftreffstelle A der Strahlung S verlaufen. Die weiteren optischen Linsen 28 dienen in Art von Sammellinsen dazu, möglichst viel der von dem Objekt O ausgesendeten Strahlung S zu erfassen.
In der 3 ist vereinfacht eine optische Einheit 10 dargestellt, bei der die Vertiefungen 37 und somit auch die Strahlungsebenen 39 jeweils hexagonalförmig ausgebildet bzw. angeordnet sind, d.h., dass das über die jeweilige Sendefaser 12 in Richtung der Strahlführungsachse 38 ausgestrahlte Licht um einen Winkel von jeweils 60° aus der ursprünglichen Richtung ausgelenkt wird. Wesentlich ist, dass eine optische Sendefaser 12 in diesem Fall von sechs optischen Empfangsfasern 14 umgeben ist, die dazu ausgebildet sind, den jeweiligen, abgelenkten Anteil der elektromagnetischen Strahlung S zu erfassen. Anhand der Darstellung der 3 erkennt man darüber hinaus, dass die Anordnung der optischen Sendefasern 12 regelmäßig bzw. gleichförmig mit gleichmäßigen Abständen a zueinander ist.
Bei einer Ausbildung der Sendefasern 12 als Doppel-Axicon entsprechend der Darstellung der 4 und 5 kann es insbesondere vorgesehen sein, dass eine optische Sendefaser 12 von mehreren, jeweils in gleichmäßigen Winkelabständen um die Strahlführungsachse 38 angeordneten Empfangsfasern 14 umgeben ist. Diese sind in der 5 in Form von beispielhaft fünf, jeweils um einen Winkel von 72° zueinander angeordneten Empfangsfasern 14 symbolisch dargestellt.
In der 6 ist dargestellt, dass eine Auftreffstelle A des Objekts O von zwei nebeneinander angeordneten optischen Sendefasern 12 gleichzeitig mit elektromagnetischer Strahlung S angestrahlt ein kann. Um feststellen zu können, welcher Anteil der von dem Objekt O von der Auftreffstelle A ausgestrahlten Strahlung S von welchen der beiden Sendefasern 12 stammt, wenn eine optische Empfangsfaser 14 sich oberhalb des Punkts P befindet, kann es vorgesehen sein, dass die beiden optischen Sendefasern 12 mittels einer Ansteuereinrichtung 40 derart ansteuerbar sind, dass die elektromagnetische Strahlung S über die beiden Sendefasern 12 zeitlich vollständig voneinander getrennt versetzt abgestrahlt wird.
Wesentliche Fertigungs- bzw. Prozessschritte zur Herstellung einer optischen Einheit 10 werden nachfolgend anhand des Ablaufdiagramms entsprechend der 7 sowie der Darstellungen der 8 bis 10 wie folgt erläutert: Zunächst wird in einer ersten Schritt 101 ein in den 8 bis 10 vereinfacht dargestelltes Bündel 1000, bestehend aus den Sendefasern 12 und den zunächst zu den Sendefasern 12 identisch ausgebildeten Empfangsfasern 14 erzeugt. Dieses Bündel 1000 wird anschließend in einem zweiten Schritt 102 stirnseitig mit der Polymerschicht 35 beschichtet, wobei das Material der Polymerschicht 35 verformbar ist. In einem dritten Schritt 103 wird entsprechend der 8 und 9 das Bündel 1000 mit der Polymerschicht 35 zu einem durch im Nanolithographie -Verfahren hergestellten Stempelelement 1010 ausgerichtet, in dem die zur Ausbildung der Vertiefungen 37 benötigten Strukturen 1011 als Erhebungen ausgebildet sind. Durch Aufsetzen der Polymerschicht 35 auf das Stempelelement 1010 (9) in einem vierten Schritt 104 werden in der Polymerschicht 35 die gewünschten Vertiefungen 37 erzeugt (10). Anschließend werden auf der Polymerschicht 35 in einem fünften Schritt 105 in die Vertiefungen 37 das Füllmaterial zur Erzeugung der optischen Elemente 33 eingebracht sowie die Linsen 22, 28 erzeugt.
Die soweit beschriebene optische Einheit 10 bzw. Vorrichtung 100 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So kann die optische Einheit 10 mit den Sendefasern 12 und Empfangsfasern 14 auch linearförmig ausgebildet sein, um ein zeilenartiges Scannen des Objekts O zu realisieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 601 23 884 T2 [0002]

Claims

Optische Einheit (10) zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung, insbesondere für eine Analyseeinrichtung zum Nachweis von Krankheitserregern, mit einer optischen Sendefaser (12), die dazu ausgebildet ist, eine über die Sendefaser (12) abgestrahlte elektromagnetische Strahlung (S) auf ein zu untersuchendes Objekt (O) auszurichten, und mit wenigstens einer optischen Empfangsfaser (14) zur Erfassung von dem Objekt (O) ausgestrahlter elektromagnetischer Strahlung (S), dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefaser (12) dazu ausgebildet ist, die elektromagnetische Strahlung (S) aus einer Strahlführungsachse (38) um einen Winkel (α) abzulenken, insbesondere zu streuen, und dass mehrere Empfangsfasern (14) vorgesehen sind, die dazu ausgebildet sind, die von dem Objekt (O) ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung (S) zu erfassen.
Optische Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefaser (12) ein optisches Element (33) für die Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung (S) umfasst, insbesondere ein Axicon, beispielsweise ein Doppel-Axicon oder ein Polygon, insbesondere umfassend eine Pyramide, und dass die Empfangsfasern (14) vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen um die Strahlführungsachse (38) der Sendefasern (12) angeordnet sind.
Optische Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefaser (12) an einem Ende ein Substrat (35, 36) umfasst, wobei vorzugsweise das optische Element (33) an oder zumindest teilweise in einer Vertiefung (37) in dem Substrat (12) angeordnet ist.
Optische Einheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefaser, insbesondere das optische Element (33), insbesondere am Ende der Sendefaser (12) zusätzlich eine Linse (22) umfasst.
Optische Einheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer polygonartigen Ausbildung des optischen Elements (33) die Anzahl der Empfangsfasern (14) der Anzahl der aus der Strahlführungsachse (38) abgelenkten Strahlungsebenen (39) entspricht.
Optische Einheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sendefasern (12) mit vorzugsweise identisch ausgebildeten optischen Elementen (33) vorgesehen sind, dass die optischen Elemente (33) der Sendefasern (12) in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind bzw. ein regelmäßiges Muster ausbilden, und dass in den Bereichen zwischen den Sendefasern (12) die Empfangsfasern (14) angeordnet sind.
Optische Einheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Empfangsfaser (14) die Strahlung (S) zweier benachbarter Sendefasern (12) detektierbar ist, und dass eine Ansteuereinrichtung (40) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die beiden benachbarten Sendefasern (12) zeitlich voneinander getrennt ansteuert.
Optische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangsfasern (12, 14) an einem Endbereich, insbesondere an deren dem Objekt (O) zugewandten Endbereich, an einer gemeinsamen Trägereinheit (36) angeordnet sind.
Optische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsfasern (14) an einem Eintrittsbereich jeweils ein weiteres optisches Element in Form einer optischen Linse (28), insbesondere eine Sammellinse, aufweisen.
Optische Einheit nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kernmaterial der Sende- und Empfangsfasern (12, 14) im Austritts- und Eintrittsbereich der Sende- und Empfangsfasern (12, 14) mit einem gemeinsamen, insbesondere Kunststoff umfassenden Substrat, insbesondere einer Polymerschicht (35), versehen ist, und dass das optische Element vorzugsweise zumindest teilweise in dem Substrat aufgenommen ist.
Vorrichtung (100) zur Fluoreszenzlichtbilddarstellung, insbesondere Analyseeinrichtung zum Nachweis von Krankheitserregern, mit einer optischen Einheit (10), die nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laserstrahleinrichtung (20) als Einrichtung zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung (S) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahleinrichtung (20) als gepulste Laserstrahleinrichtung (20) ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer optischen Einheit (10), die vorzugsweise nach Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist, umfassend zumindest folgende Schritte: - Erzeugen eines Bündels (1000) mit mehreren Sendefasern (12) und Empfangsfasern (14) - Beschichten der Sendefasern (12) und der Empfangsfasern (14) an einem gemeinsamen stirnseitigen Endbereich mit einer Polymerschicht (35) - Erzeugen von insbesondere polygenartigen Vertiefungen (37) an den Sendefasern (12) - Ausfüllen der Vertiefungen (37) mit einem Füllmaterial zur Erzeugung optischer Elemente (33) - Vorzugsweises Ausbilden von optischen Linsen (22, 28) auf der Polymerschicht (35) und den optischen Elementen (33).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausbilden der Vertiefungen (37) ein Stempelelement (1010) mit einer Erhebungen aufweisenden Struktur (1011) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Stempelelement (1010) durch ein Nanolithographie-Verfahren hergestellt ist.